?
本篇共 1讲观察、思考、交流
* 明确为什么学？学什么？怎样学？
第一章 课程介绍
* 了解物质世界的整体图象。
第二章 物质世界第一篇 绪 论目的：
获得学习“大学物理”的自觉意识和较高的起点。
学时,2
第一章 课程介绍教育的实质就是克服狭隘性，也就是要开阔人的眼界。
－ 曼格一,为什么要学习“大学物理”？
物理学,
研究物质世界的基本结构、基本相互作用和最普遍的运动规律。
是一切自然科学和工程技术的基础。
学习目的：
1.获得生活、学习、工作所需的知识和技能。
2.开启智慧，获得科学思想、科学精神、科学态度和科学方法的熏陶和培养。
载体物理书都充满了复杂的数学公式。可是思想及理念，而非公式，才是每一物理理论的开端。
－－爱因斯坦,物理学的进化,
定位：
不仅仅是为后续课服务不仅仅是为专业服务立足于提高自身科学素质，有益于终身学习和发展为什么要提高工科学生的科学（物理）素质？
根本原因,物理学与工程技术的关系
*第一次工业革命（ 17～ 18世纪）：
建立在牛顿力学和热力学发展的基础上，其标志是以蒸汽机为代表的一系列机械的产生和应用。
*第二次工业革命（ 19世纪）：
建立在电磁理论发展的基础上，其标志是发电机、电动机、电讯设备的出现和应用。
*第三次工业革命（ 20世纪）：
建立在相对论和量子力学发展的基础上，其标志是以信息技术为代表的一系列新学科、新材料、新能源、新技术的兴起和发展。
物理学与技术关系的两种模式
*技术 物理 技术（典型例子：热学）
*物理 技术 物理（典型例子：电磁学）
在现代社会中主要以第二种方式进行。
[例 ]
计算机技术、激光技术、核技术、
空间技术 ……
其基础正是过去大半个世纪的现代物理学的研究成果。
电子和信息技术的物理基础
1925年 量子力学建立
1926年 Fermi-Dirac 统计法提出
1929年 能带理论提出并得到证实，从理论上解释了导体、半导体、绝缘体的性质和区别；
Fermi面概念及其可测量的提出
1947年 发明晶体管
（肖克莱、巴丁、布拉顿获 1956年诺贝尔物理奖）
1957年 建立 Fermi面编目
1962年 制成集成电路（ IC）
1965年摩尔定律：芯片容量每 18－ 24个月翻番。
70年代末 大规模和超大规模集成电路（ VLIC）
核技术的物理基础
1896年 Becquerel 发现铀的天然放射性
1905年 Einstein 创立狭义相对论，得
1911年 Rutherford 提出原子的有核模型
1925年 量子力学建立
1932年 建立原子核的 质子 ——中子 模型
1933年 发现人工放射性
1945年 实现核裂变 ——原子弹
1952年 实现核聚变 ——氢弹
1954年 建立第一座核电站 （安全、清洁、经济的能源）
2mcE?
比较 原理发现
（年）
工业产品
（年）
经历时间
（年）
电动机 1821 1886 65
真空管 1882 1915 33
无线电 1887 1922 35
X光 1895 1913 18
雷达 1935 1900 5
原子反应堆 1939 1942 3
半导体 1948 1951 3
激光 1958 1960 2
从基本原理转变为技术的速度加快直接从各分支物理实验室移植到工业上的新技术纳米（ ）技术m10 9?
皮秒（ ）技术s10 12?
超导技术
…,..
IBM公司构成的铂片表面的
,一氧化碳人
” 身高 5纳米
。
物理学提供科学原理指导技术路线的选择和技术方案的改进培养技术人员的科学品格和创新能力，使其眼光远，层次高，后劲足全世界工科大学无一例外将物理作为重要基础课二,学什么？
知识、方法、科学观念“物” ——物质世界“理” ——普遍规律
1.学习物理知识要注意 整体性,发展性 和 迁移性 。
整体性注意掌握知识的结构和联系形成物质世界的整体物理图象避免：只见树木，不见森林。
只得到一堆支离破碎的公式。
经典物理力学（实物粒子）
电磁学（场）
热力学 统计物理
（多粒子体系）
相对论力学量子力学量子统计物理相对论量子力学相对论量子场论
？
物理学的基本框架分支学科,激光物理，半导体物理，原子物理，核物理 …
交叉学科,生物物理，量子化学，地球物理，海洋物理 …
物理学的基本框架速率大小或距离1020m10－ 5m
0.01c
c
狭义相对论 广义相对论量子理论狭义相对论量子理论 牛顿物理学禁区禁区来自,物理学：基本概念及其与方方面面的联系,
教材结构和主线上册 下册多粒子体系的热运动基本粒子实物的运动规律相互作用和场振动和波动量子现象和量子规律发展性不断从新的角度审视和理解物理概念和规律，关注其内涵的丰富，应用的扩展，相互关系的变化。
[例 ] 质量 m
初中：,Vm
Vm
循环定义？
前沿,质量究竟是什么？是如何产生的？
大学：
2
22
0 1
mcE
cvmm
惯引 mm?
高中,maF? － 惯性质量
2r
G m MF? －引力质量惯引 mm?
？
[例 ] 力 F?
中学,以“力”为中心。
amF
对时间积累 ptFI
动量定理 ——动量守恒对空间积累
kc o s EFSA
动能定理 ——机械能守恒力矩 FdM? 定轴转动物体的平衡近代物理,以守恒量为中心的表述优于以力为中心表述。
守恒量 ——动量、角动量、能量守恒定律 －动量守恒定律角动量守恒定律能量守恒定律守恒定律与自然界对称性的联系物理学在 20世纪取得了令人惊讶的成功。
它改变了我们对空间和时间、存在和认识的看法，也改变了我们描述自然的基本语言。在本世纪行将结束之际，我们已拥有一个对宇宙的崭新看法。在这个新的宇宙观中,物质已失去了它原来的中心地位，取而代之的是自然界的对称性。
——（美）斯蒂芬,温伯格温伯格 (美）
(1933--- )
注意提高应用物理知识理解、解决实际问题的能力。迁移性发展独立思考和独立判断的一般能力，应该始终放在首位，而不应当把获得专业知识放在首位。 如果一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了独立地思考和工作，他必定会找到他自己的道路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培养内容的人来说，他一定会更好地适应进步与变化。
——阿尔伯特,爱因斯坦德裔（美）爱因斯坦
(1879-1955)
2,学习物理方法观察、实验、模拟、演绎、归纳、分析、综合、
类比、理想化、假说 ……
形成指导性原理,
* 简单性原理,逻辑前提越简单，普遍程度越高。
* 对应原理,新理论应包容在一定条件下被证实是正确的旧理论，并在极限条件下过渡到旧理论。
……
是否运用物理学方法已经成为一门学科是否成熟的标志之一。
理想化方法理想模型（单摆、弹簧振子、理想气体 …… )
理想实验（伽利略、牛顿 …,.,）
理想过程 (准静态、绝热 …… )
[例 ]
方法实质,
简化、纯化，抓住主要矛盾，
摒弃次要因素。
重要意义：
人类认识世界的基本策略牛顿的理想实验物理学的基本思想方法：
用模型来描述自然，用数学来表达模型，用实验来检验模型 。
（ 1858-1947）
感觉世界 物理科学世界 真实世界大量唯象定律较高层次定律自然界的基本法则
(中介 )
逼近目标归纳总结气体定律胡克定律
……
牛顿定律麦氏方程
……
物理学描述的是关于实在世界的模型我们可以把组成这个“世界”的这些运动事物的复杂组合，
想象成天神们下的一盘巨大的象棋，而我们是这局棋的观众。
我们不知道奕棋的规则，允许我们做的就是观看这场棋赛。当然，如果看的时间够长，我们终归能看出几条规则来。这些奕棋规则就是我们所说的 基础物理学 。 …… 如果你会下棋就一定知道，学会所有的规则是容易的，而要选择最佳的走法或理解人家为什么这样走则往往很困难。在自然界中也是如此，只是程度更厉害 …… 除了我们还不知道全部规则之外，用已知的规则我们确实能解释的事物也是非常有限的，因为所有的情况都极其复杂，我们不能用这些规则领会这盘棋的走法，更不用说预言下一步将发生什么情况了。因此，我们只能满足于奕棋规则这个比较基本的问题。
－－－费曼
R.P.Feynman （ 1918－ 1988）
物理概念、规律与自然实在并非完全同一。人类是依靠建立模型、不断改进模型来逐渐认识自然的。
避免将物理规律视为一成不变的僵死教条，寻求发展和创新！
又如,科学假说方法牛顿时代,以经验观察，逻辑归纳为主。
现代物理,问题 ——假说 ——(实践 )——科学 ——
（证伪） ——新问题 ——新假说 ——…,..
不是由观察结果归纳出理论，而是由理论决定观察什么 。 ——爱因斯坦
3,学习先进的科学观念，树立科学 世界观物理学中的唯物论：
实践（实验）是判断（检验）真理（科学）的唯一标准,
物理学中的辨证法,
相对性原理，变革性原理，对应原理，互补原理 ……
物理学,美,的标准,简单、和谐、统一、对称。
应当期望物理学家的美感有一种用途：协助物理学家去选择可帮助我们了解大自然的理念。
－－－ 温伯格自然是和谐统一的整体，自然界的复杂性是由简单规则演变而来。
物理上真实的东西，一定是逻辑上简单的东西。
——爱因斯坦符合物理学审美原则：
学科的分化、交叉、整合。
人与自然的和谐发展 ——新的自然观一切工程技术实践都要尊重生态规律，讲求环境效益，树立,整体优化” 和,可持续发展” 的价值观念。
三,怎样学?
业精于 勤 荒于嬉，行成于 思 毁于随。
—— 韩愈西南交大,大学物理,学习资源
1.教材,大学物理教程,上、下
2.辅助材料,大学物理教与学参考,
,大学物理活页作业题,
3.演示实验室
4.网上学习系统学校主页 —校园文化 —教师主页 —应用物理系 —大学物理课程简介教材介绍教学大纲教学日历教师信息教学成果工科大学物理学习辅导系统大学物理网络课程物理图片资料库物理动画大学物理学习辅导物理学概论思考题演示实验教案选登课外选读诺贝尔物理学奖物理学家检索学生习作选登物理知识竞赛简讯教学相关 网络课件课堂内外 物理园地西南交通大学,大学物理,网上学习系统一,物质世界的空间尺度 ——宇宙的 42个台阶第二章 物质世界宇宙学、粒子物理的奇妙衔接哈勃半径：
星系团：
银河系：
地球轨道半径：
太阳半径：
地球半径：
月球半径：
大分子：
小分子：
原子：
原子核：
基本粒子：
16
14
10
9
4
6
7
9
11
21
23
26
10
10
10
10
10
10
10
10
AU110
10
10
m10
二,物质世界的时间尺度
s10~s10 2418?
共计跨越了 42个数量级
s1018?宇宙年龄,150 亿年生命的诞生,约 40亿年人类,300万年（ 1014s）
中间玻色子寿命,10－ 24s
地球年龄,s10106.4 179 年大爆炸宇宙年龄：
星系年龄：
地球年龄：
出现生命：
富氧大气：
人类：
地球公转：
月球公转：
地球自转：
中子寿命：
中间玻色子寿命：
s1062 6?.
s105
s103
s10 24?
50亿年
150亿年
46亿年
40亿年
3百万年
8亿年
s10163 7?.
s)10( 18
s)10( 14
s)10( 17
三,物质世界的质量尺度目前所测宇宙：
银河系：
太阳：
地球：
月球：
细菌：
红血球：
流感病毒：
氧分子：
中子、质子：
电子：
kg5310
kg4110
kg3010
kg2510
kg2210
kg1110?
kg1310?
kg1910?
kg2510?
kg2710?
kg3010?
宇宙中物体的质量量级 ——跨跃了约 80个数量级四,基本粒子家族基本粒子：
人类迄今为止尚未发现其内部结构的“点”粒子，
是一个不断向更深层次转移的动态概念。
基本粒子 特征：
质量、电荷、自旋、寿命 ……
要点,三大家族四种相互作用标准模型,1964年 美国盖尔曼提出,1969年斯坦福直线加速器中心电子 —核子撞击实验首次验证，
获当年诺贝尔物理奖。
（ 1929－）
1.规范粒子（场粒子，传递相互作用，共 13种）三大家族名称 符号 静质量（ MeV） 电荷（ e） 自旋
)(?
寿 命（ s） 传递的相互作用光子? 0 0 1? 电磁中间玻色子
0Z
W?
1
101?
弱
25
25
10030602
10180932
)..(
)..(
319 1 1 6 1
4 0 08 0 6 0 0
胶子
（ 8种） )g( 0 0 1? 强引力子00 2 引力玻色子根据范德米尔与鲁比亚,随机冷却,的设想,制造高能加速器于 1984年 1月发现了规范场粒子 W± 和 Z° 粒 子。其性质最终确定了弱电统一理论的正确性。二人于 1984年获诺贝尔物理奖。范德米尔 (1925～ )
荷兰物理学家鲁比亚 (1934～ ) (意 )物理学家格拉肖
(美 1932～ )
萨拉姆
(巴基斯坦
1926～ 1996)
温伯格
(美 1933～ )
因为弱电相互作用理论和预言弱中性流获 1979
年诺贝尔物理奖。
历史之旅
2,轻子：共 3代 12种三大家族名称 符号静质量
（ MeV）
电荷
（ e）
自旋
)(?
寿 命（ s）代电子电子中微子一
e
e
0.51
5105 0
-1 21
21
μ子
μ子中微子二
106
50.? 0
-1 21
21?
610?~
子
子中微子三
*1776.9
160? 0
-1 21
21?
1310?~
费米子*,北京正负电子对撞机测量结果北京正负电子对撞机（ BEPC）的正电子源
1988年建成，
1992年成果：将?子质量测量精度提高 10倍
2003年：发现新粒子
2004年：国家投入 6.4亿元改造，搭建通向诺贝尔奖平台反粒子的发现
1930年狄拉克预言其存在；
1932年安德森在宇宙射线实验中发现正电子。
（ 1905－ 1991）（ 1902－ 1984） 1931年安德森用过的云室和磁铁历史之旅粒子从何方穿入？
粒子带何种电荷？
由径迹算出荷质比与电子相同。
铅板
B?
1999年 6月 3日，美国肯尼迪航天中心“发现者”号航天飞机搭载中国科学家参加研制的阿尔法磁谱仪（ AMS）升空，寻找宇宙空间的暗物质和反物质 （反碳核和反氦核）
中微子之谜
1930年泡利为解释 衰变中能量不守恒，提出假设：
1933年费米建立弱作用理论。
1942年王淦昌提出间接验证方案，由美国艾伦完成。
1956年美国雷尼斯完成探测中微子实验，获 1995年诺贝尔物理奖。
1999年日本科学家宣布测量到中微子质量不为零。
2002年美国雷蒙德,戴维斯，日本小柴昌俊获诺贝尔物理奖，表彰他们在探测宇宙中微子，开创中微子天文学方面取得的成就 。
尚存许多未解之谜，应用前景广阔 （地球断层扫描，中微子通讯，
探测星球内部信息 …… ）
epn
历史之旅
3.夸克,3代,6味、每味 3色，共 36种三大家族名 称 符号 静质量
（ MeV）
电荷
（ e）
自旋
)(?
代一上夸克下夸克
u
d
-300
-300
32
31?
21
21
二粲夸克奇异夸克
c
s -500
-1500 32
31?
21
21
三 顶夸克底夸克
t
b
-180000
-5000
32
31?
21
21
费米子
1964年 盖尔曼：
1974年 丁肇中：
1977年 莱德曼：
1995年 费米实验室：
sd,u,
cJ/
b
t
（粲夸克）
（底夸克）
（顶夸克）
（上、下、奇异夸克）
历史之旅强子（核子、介子）的夸克模型名称符号 符号组成 组成名称质子中子反质子正?介子正 K介子
J/?介子
p
n
p?K
π
J/?
du2?
du2?
d2u? cc?
su?
du?
特点,分数电荷 1977年超导铌球实验渐近自由红外奴役色禁闭 （找不到自由 夸克 ）
323 e,e
d
u u
d
u u
d
u u
u
u
d
u u
u u
基本粒子规范粒子 13种轻子 12种夸克 36种玻色子（引力子？）
费米子希格斯粒子（？）
62种小结,基本粒子的三大家族五,物质存在的基本形式 ——实物和场轻子夸克实物 规范粒子 场物质结构层次实物分子原子原子核质子夸克 电子（轻子） 规范粒子场中子物质结构层次实物和场实物,具有质量、不可入性，以空间间断形式存在。
宏观客体（ > ）服从因果律m10 7?
微观客体（ < ）服从统计规律m10 7?
介观客体 （ 108－ 1011个原子，亚微米尺寸器件）
一定条件下出现量子效应场,无静止质量,不具有不可入性，以连续形式存在，
具有可叠加性，不能作为参考系。
*实物周围存在相关的场，场传递实物间的相互作用，场和实物可以相互转化
*现代物理认为场是更基本的，粒子只是场处于激发态的表现。
真空,所有的场处于基态，表现为没有粒子；
粒子,相关的场处于激发态。
epn中子衰变：
六,四种基本相互作用所有粒子大多数粒子带电粒子强子
1610
1310
引力子？
中间玻色子光子胶子
1310?
3810?
210?
1
)(?
)g(
种类引力弱力电磁力强力作用对象 作用距离 (cm) 相对强度 传递作用的基本粒子（ 10－ 13 cm处 ）
迄今为止，人类了解得最早的是引力,了解得最晚的是强力；了解得最少的是引力，了解得最多的是电磁力。
想想其中的原因！
物理理论的发展趋向统一天体引力地球引力牛顿 爱因斯坦经典力学 相对论力学电磁光弱力强力麦克斯韦电动力学 格拉肖 萨拉姆 温泊格规范场弱电统一理论设想的大统一理论设想的超对称大统一理论杨振宁、李政道由于发现宇称不守恒，获 1957年诺贝尔物理学奖获诺贝尔物理奖的华裔物理学家获诺贝尔物理奖的华裔物理学家丁肇中：
由于发现 J粒子，
获 1976年诺贝尔物理学奖。
朱棣文：
由于激光冷却和捕获原子的研究获 1997年诺贝尔物理学奖。
崔琦：
由于在分数量子霍尔效应量子现象的研究获 1998年诺贝尔物理学奖。
推荐书目
1.霍金,,时间简史,,湖南科技出版社,1992
2.赵鑫珊,,普朗克之魂,,四川人民出版社,1992
3.R.费曼,,别闹了，费曼先生,,三联书店,1997
自学,教材 p356,附录 B 矢量简介,
本篇共 1讲观察、思考、交流
* 明确为什么学？学什么？怎样学？
第一章 课程介绍
* 了解物质世界的整体图象。
第二章 物质世界第一篇 绪 论目的：
获得学习“大学物理”的自觉意识和较高的起点。
学时,2
第一章 课程介绍教育的实质就是克服狭隘性，也就是要开阔人的眼界。
－ 曼格一,为什么要学习“大学物理”？
物理学,
研究物质世界的基本结构、基本相互作用和最普遍的运动规律。
是一切自然科学和工程技术的基础。
学习目的：
1.获得生活、学习、工作所需的知识和技能。
2.开启智慧，获得科学思想、科学精神、科学态度和科学方法的熏陶和培养。
载体物理书都充满了复杂的数学公式。可是思想及理念，而非公式，才是每一物理理论的开端。
－－爱因斯坦,物理学的进化,
定位：
不仅仅是为后续课服务不仅仅是为专业服务立足于提高自身科学素质，有益于终身学习和发展为什么要提高工科学生的科学（物理）素质？
根本原因,物理学与工程技术的关系
*第一次工业革命（ 17～ 18世纪）：
建立在牛顿力学和热力学发展的基础上，其标志是以蒸汽机为代表的一系列机械的产生和应用。
*第二次工业革命（ 19世纪）：
建立在电磁理论发展的基础上，其标志是发电机、电动机、电讯设备的出现和应用。
*第三次工业革命（ 20世纪）：
建立在相对论和量子力学发展的基础上，其标志是以信息技术为代表的一系列新学科、新材料、新能源、新技术的兴起和发展。
物理学与技术关系的两种模式
*技术 物理 技术（典型例子：热学）
*物理 技术 物理（典型例子：电磁学）
在现代社会中主要以第二种方式进行。
[例 ]
计算机技术、激光技术、核技术、
空间技术 ……
其基础正是过去大半个世纪的现代物理学的研究成果。
电子和信息技术的物理基础
1925年 量子力学建立
1926年 Fermi-Dirac 统计法提出
1929年 能带理论提出并得到证实，从理论上解释了导体、半导体、绝缘体的性质和区别；
Fermi面概念及其可测量的提出
1947年 发明晶体管
（肖克莱、巴丁、布拉顿获 1956年诺贝尔物理奖）
1957年 建立 Fermi面编目
1962年 制成集成电路（ IC）
1965年摩尔定律：芯片容量每 18－ 24个月翻番。
70年代末 大规模和超大规模集成电路（ VLIC）
核技术的物理基础
1896年 Becquerel 发现铀的天然放射性
1905年 Einstein 创立狭义相对论，得
1911年 Rutherford 提出原子的有核模型
1925年 量子力学建立
1932年 建立原子核的 质子 ——中子 模型
1933年 发现人工放射性
1945年 实现核裂变 ——原子弹
1952年 实现核聚变 ——氢弹
1954年 建立第一座核电站 （安全、清洁、经济的能源）
2mcE?
比较 原理发现
（年）
工业产品
（年）
经历时间
（年）
电动机 1821 1886 65
真空管 1882 1915 33
无线电 1887 1922 35
X光 1895 1913 18
雷达 1935 1900 5
原子反应堆 1939 1942 3
半导体 1948 1951 3
激光 1958 1960 2
从基本原理转变为技术的速度加快直接从各分支物理实验室移植到工业上的新技术纳米（ ）技术m10 9?
皮秒（ ）技术s10 12?
超导技术
…,..
IBM公司构成的铂片表面的
,一氧化碳人
” 身高 5纳米
。
物理学提供科学原理指导技术路线的选择和技术方案的改进培养技术人员的科学品格和创新能力，使其眼光远，层次高，后劲足全世界工科大学无一例外将物理作为重要基础课二,学什么？
知识、方法、科学观念“物” ——物质世界“理” ——普遍规律
1.学习物理知识要注意 整体性,发展性 和 迁移性 。
整体性注意掌握知识的结构和联系形成物质世界的整体物理图象避免：只见树木，不见森林。
只得到一堆支离破碎的公式。
经典物理力学（实物粒子）
电磁学（场）
热力学 统计物理
（多粒子体系）
相对论力学量子力学量子统计物理相对论量子力学相对论量子场论
？
物理学的基本框架分支学科,激光物理，半导体物理，原子物理，核物理 …
交叉学科,生物物理，量子化学，地球物理，海洋物理 …
物理学的基本框架速率大小或距离1020m10－ 5m
0.01c
c
狭义相对论 广义相对论量子理论狭义相对论量子理论 牛顿物理学禁区禁区来自,物理学：基本概念及其与方方面面的联系,
教材结构和主线上册 下册多粒子体系的热运动基本粒子实物的运动规律相互作用和场振动和波动量子现象和量子规律发展性不断从新的角度审视和理解物理概念和规律，关注其内涵的丰富，应用的扩展，相互关系的变化。
[例 ] 质量 m
初中：,Vm
Vm
循环定义？
前沿,质量究竟是什么？是如何产生的？
大学：
2
22
0 1
mcE
cvmm
惯引 mm?
高中,maF? － 惯性质量
2r
G m MF? －引力质量惯引 mm?
？
[例 ] 力 F?
中学,以“力”为中心。
amF
对时间积累 ptFI
动量定理 ——动量守恒对空间积累
kc o s EFSA
动能定理 ——机械能守恒力矩 FdM? 定轴转动物体的平衡近代物理,以守恒量为中心的表述优于以力为中心表述。
守恒量 ——动量、角动量、能量守恒定律 －动量守恒定律角动量守恒定律能量守恒定律守恒定律与自然界对称性的联系物理学在 20世纪取得了令人惊讶的成功。
它改变了我们对空间和时间、存在和认识的看法，也改变了我们描述自然的基本语言。在本世纪行将结束之际，我们已拥有一个对宇宙的崭新看法。在这个新的宇宙观中,物质已失去了它原来的中心地位，取而代之的是自然界的对称性。
——（美）斯蒂芬,温伯格温伯格 (美）
(1933--- )
注意提高应用物理知识理解、解决实际问题的能力。迁移性发展独立思考和独立判断的一般能力，应该始终放在首位，而不应当把获得专业知识放在首位。 如果一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了独立地思考和工作，他必定会找到他自己的道路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培养内容的人来说，他一定会更好地适应进步与变化。
——阿尔伯特,爱因斯坦德裔（美）爱因斯坦
(1879-1955)
2,学习物理方法观察、实验、模拟、演绎、归纳、分析、综合、
类比、理想化、假说 ……
形成指导性原理,
* 简单性原理,逻辑前提越简单，普遍程度越高。
* 对应原理,新理论应包容在一定条件下被证实是正确的旧理论，并在极限条件下过渡到旧理论。
……
是否运用物理学方法已经成为一门学科是否成熟的标志之一。
理想化方法理想模型（单摆、弹簧振子、理想气体 …… )
理想实验（伽利略、牛顿 …,.,）
理想过程 (准静态、绝热 …… )
[例 ]
方法实质,
简化、纯化，抓住主要矛盾，
摒弃次要因素。
重要意义：
人类认识世界的基本策略牛顿的理想实验物理学的基本思想方法：
用模型来描述自然，用数学来表达模型，用实验来检验模型 。
（ 1858-1947）
感觉世界 物理科学世界 真实世界大量唯象定律较高层次定律自然界的基本法则
(中介 )
逼近目标归纳总结气体定律胡克定律
……
牛顿定律麦氏方程
……
物理学描述的是关于实在世界的模型我们可以把组成这个“世界”的这些运动事物的复杂组合，
想象成天神们下的一盘巨大的象棋，而我们是这局棋的观众。
我们不知道奕棋的规则，允许我们做的就是观看这场棋赛。当然，如果看的时间够长，我们终归能看出几条规则来。这些奕棋规则就是我们所说的 基础物理学 。 …… 如果你会下棋就一定知道，学会所有的规则是容易的，而要选择最佳的走法或理解人家为什么这样走则往往很困难。在自然界中也是如此，只是程度更厉害 …… 除了我们还不知道全部规则之外，用已知的规则我们确实能解释的事物也是非常有限的，因为所有的情况都极其复杂，我们不能用这些规则领会这盘棋的走法，更不用说预言下一步将发生什么情况了。因此，我们只能满足于奕棋规则这个比较基本的问题。
－－－费曼
R.P.Feynman （ 1918－ 1988）
物理概念、规律与自然实在并非完全同一。人类是依靠建立模型、不断改进模型来逐渐认识自然的。
避免将物理规律视为一成不变的僵死教条，寻求发展和创新！
又如,科学假说方法牛顿时代,以经验观察，逻辑归纳为主。
现代物理,问题 ——假说 ——(实践 )——科学 ——
（证伪） ——新问题 ——新假说 ——…,..
不是由观察结果归纳出理论，而是由理论决定观察什么 。 ——爱因斯坦
3,学习先进的科学观念，树立科学 世界观物理学中的唯物论：
实践（实验）是判断（检验）真理（科学）的唯一标准,
物理学中的辨证法,
相对性原理，变革性原理，对应原理，互补原理 ……
物理学,美,的标准,简单、和谐、统一、对称。
应当期望物理学家的美感有一种用途：协助物理学家去选择可帮助我们了解大自然的理念。
－－－ 温伯格自然是和谐统一的整体，自然界的复杂性是由简单规则演变而来。
物理上真实的东西，一定是逻辑上简单的东西。
——爱因斯坦符合物理学审美原则：
学科的分化、交叉、整合。
人与自然的和谐发展 ——新的自然观一切工程技术实践都要尊重生态规律，讲求环境效益，树立,整体优化” 和,可持续发展” 的价值观念。
三,怎样学?
业精于 勤 荒于嬉，行成于 思 毁于随。
—— 韩愈西南交大,大学物理,学习资源
1.教材,大学物理教程,上、下
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3.演示实验室
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星系团：
银河系：
地球轨道半径：
太阳半径：
地球半径：
月球半径：
大分子：
小分子：
原子：
原子核：
基本粒子：
16
14
10
9
4
6
7
9
11
21
23
26
10
10
10
10
10
10
10
10
AU110
10
10
m10
二,物质世界的时间尺度
s10~s10 2418?
共计跨越了 42个数量级
s1018?宇宙年龄,150 亿年生命的诞生,约 40亿年人类,300万年（ 1014s）
中间玻色子寿命,10－ 24s
地球年龄,s10106.4 179 年大爆炸宇宙年龄：
星系年龄：
地球年龄：
出现生命：
富氧大气：
人类：
地球公转：
月球公转：
地球自转：
中子寿命：
中间玻色子寿命：
s1062 6?.
s105
s103
s10 24?
50亿年
150亿年
46亿年
40亿年
3百万年
8亿年
s10163 7?.
s)10( 18
s)10( 14
s)10( 17
三,物质世界的质量尺度目前所测宇宙：
银河系：
太阳：
地球：
月球：
细菌：
红血球：
流感病毒：
氧分子：
中子、质子：
电子：
kg5310
kg4110
kg3010
kg2510
kg2210
kg1110?
kg1310?
kg1910?
kg2510?
kg2710?
kg3010?
宇宙中物体的质量量级 ——跨跃了约 80个数量级四,基本粒子家族基本粒子：
人类迄今为止尚未发现其内部结构的“点”粒子，
是一个不断向更深层次转移的动态概念。
基本粒子 特征：
质量、电荷、自旋、寿命 ……
要点,三大家族四种相互作用标准模型,1964年 美国盖尔曼提出,1969年斯坦福直线加速器中心电子 —核子撞击实验首次验证，
获当年诺贝尔物理奖。
（ 1929－）
1.规范粒子（场粒子，传递相互作用，共 13种）三大家族名称 符号 静质量（ MeV） 电荷（ e） 自旋
)(?
寿 命（ s） 传递的相互作用光子? 0 0 1? 电磁中间玻色子
0Z
W?
1
101?
弱
25
25
10030602
10180932
)..(
)..(
319 1 1 6 1
4 0 08 0 6 0 0
胶子
（ 8种） )g( 0 0 1? 强引力子00 2 引力玻色子根据范德米尔与鲁比亚,随机冷却,的设想,制造高能加速器于 1984年 1月发现了规范场粒子 W± 和 Z° 粒 子。其性质最终确定了弱电统一理论的正确性。二人于 1984年获诺贝尔物理奖。范德米尔 (1925～ )
荷兰物理学家鲁比亚 (1934～ ) (意 )物理学家格拉肖
(美 1932～ )
萨拉姆
(巴基斯坦
1926～ 1996)
温伯格
(美 1933～ )
因为弱电相互作用理论和预言弱中性流获 1979
年诺贝尔物理奖。
历史之旅
2,轻子：共 3代 12种三大家族名称 符号静质量
（ MeV）
电荷
（ e）
自旋
)(?
寿 命（ s）代电子电子中微子一
e
e
0.51
5105 0
-1 21
21
μ子
μ子中微子二
106
50.? 0
-1 21
21?
610?~
子
子中微子三
*1776.9
160? 0
-1 21
21?
1310?~
费米子*,北京正负电子对撞机测量结果北京正负电子对撞机（ BEPC）的正电子源
1988年建成，
1992年成果：将?子质量测量精度提高 10倍
2003年：发现新粒子
2004年：国家投入 6.4亿元改造，搭建通向诺贝尔奖平台反粒子的发现
1930年狄拉克预言其存在；
1932年安德森在宇宙射线实验中发现正电子。
（ 1905－ 1991）（ 1902－ 1984） 1931年安德森用过的云室和磁铁历史之旅粒子从何方穿入？
粒子带何种电荷？
由径迹算出荷质比与电子相同。
铅板
B?
1999年 6月 3日，美国肯尼迪航天中心“发现者”号航天飞机搭载中国科学家参加研制的阿尔法磁谱仪（ AMS）升空，寻找宇宙空间的暗物质和反物质 （反碳核和反氦核）
中微子之谜
1930年泡利为解释 衰变中能量不守恒，提出假设：
1933年费米建立弱作用理论。
1942年王淦昌提出间接验证方案，由美国艾伦完成。
1956年美国雷尼斯完成探测中微子实验，获 1995年诺贝尔物理奖。
1999年日本科学家宣布测量到中微子质量不为零。
2002年美国雷蒙德,戴维斯，日本小柴昌俊获诺贝尔物理奖，表彰他们在探测宇宙中微子，开创中微子天文学方面取得的成就 。
尚存许多未解之谜，应用前景广阔 （地球断层扫描，中微子通讯，
探测星球内部信息 …… ）
epn
历史之旅
3.夸克,3代,6味、每味 3色，共 36种三大家族名 称 符号 静质量
（ MeV）
电荷
（ e）
自旋
)(?
代一上夸克下夸克
u
d
-300
-300
32
31?
21
21
二粲夸克奇异夸克
c
s -500
-1500 32
31?
21
21
三 顶夸克底夸克
t
b
-180000
-5000
32
31?
21
21
费米子
1964年 盖尔曼：
1974年 丁肇中：
1977年 莱德曼：
1995年 费米实验室：
sd,u,
cJ/
b
t
（粲夸克）
（底夸克）
（顶夸克）
（上、下、奇异夸克）
历史之旅强子（核子、介子）的夸克模型名称符号 符号组成 组成名称质子中子反质子正?介子正 K介子
J/?介子
p
n
p?K
π
J/?
du2?
du2?
d2u? cc?
su?
du?
特点,分数电荷 1977年超导铌球实验渐近自由红外奴役色禁闭 （找不到自由 夸克 ）
323 e,e
d
u u
d
u u
d
u u
u
u
d
u u
u u
基本粒子规范粒子 13种轻子 12种夸克 36种玻色子（引力子？）
费米子希格斯粒子（？）
62种小结,基本粒子的三大家族五,物质存在的基本形式 ——实物和场轻子夸克实物 规范粒子 场物质结构层次实物分子原子原子核质子夸克 电子（轻子） 规范粒子场中子物质结构层次实物和场实物,具有质量、不可入性，以空间间断形式存在。
宏观客体（ > ）服从因果律m10 7?
微观客体（ < ）服从统计规律m10 7?
介观客体 （ 108－ 1011个原子，亚微米尺寸器件）
一定条件下出现量子效应场,无静止质量,不具有不可入性，以连续形式存在，
具有可叠加性，不能作为参考系。
*实物周围存在相关的场，场传递实物间的相互作用，场和实物可以相互转化
*现代物理认为场是更基本的，粒子只是场处于激发态的表现。
真空,所有的场处于基态，表现为没有粒子；
粒子,相关的场处于激发态。
epn中子衰变：
六,四种基本相互作用所有粒子大多数粒子带电粒子强子
1610
1310
引力子？
中间玻色子光子胶子
1310?
3810?
210?
1
)(?
)g(
种类引力弱力电磁力强力作用对象 作用距离 (cm) 相对强度 传递作用的基本粒子（ 10－ 13 cm处 ）
迄今为止，人类了解得最早的是引力,了解得最晚的是强力；了解得最少的是引力，了解得最多的是电磁力。
想想其中的原因！
物理理论的发展趋向统一天体引力地球引力牛顿 爱因斯坦经典力学 相对论力学电磁光弱力强力麦克斯韦电动力学 格拉肖 萨拉姆 温泊格规范场弱电统一理论设想的大统一理论设想的超对称大统一理论杨振宁、李政道由于发现宇称不守恒，获 1957年诺贝尔物理学奖获诺贝尔物理奖的华裔物理学家获诺贝尔物理奖的华裔物理学家丁肇中：
由于发现 J粒子，
获 1976年诺贝尔物理学奖。
朱棣文：
由于激光冷却和捕获原子的研究获 1997年诺贝尔物理学奖。
崔琦：
由于在分数量子霍尔效应量子现象的研究获 1998年诺贝尔物理学奖。
推荐书目
1.霍金,,时间简史,,湖南科技出版社,1992
2.赵鑫珊,,普朗克之魂,,四川人民出版社,1992
3.R.费曼,,别闹了，费曼先生,,三联书店,1997
自学,教材 p356,附录 B 矢量简介,
